定时器，时钟源

定时器是嵌入式系统中非常重要的功能模块之一，广泛应用于时间测量、周期性任务调度、信号生成等场景。其核心工作原理依赖于时钟源，通过时钟信号的计数实现时间的精确控制。 ### 定时器的基本工作原理 定时器本质上是一个计数器模块，其工作依赖于一个稳定的时钟源。计数器按照时钟信号递增或递减，当计数值达到设定值（如自动重载值）时，可以触发中断、改变输出状态或执行其他预设操作。定时器的分辨率取决于时钟源的频率，频率越高，定时精度越高。 ### 时钟源的类型与选择 定时器的时钟源可以是内部时钟，也可以是外部时钟。**内部时钟**通常来源于系统时钟（如HCLK、SYSCLK），通过分频器进行分频，以适应不同时间间隔的需求[^1]。例如，若系统时钟为72MHz，通过设置分频系数为72，则定时器的计数频率为1MHz，每个计数周期为1微秒。 **外部时钟**则通过定时器的特定引脚引入，适用于需要与外部事件同步的场景，例如测量外部脉冲的频率或宽度。外部时钟的使用增加了定时器的灵活性，使其能够适应更广泛的应用需求[^1]。 ### 定时器的应用场景 1. **精确定时**：通过设定计数器的初值和重载值，可以实现毫秒、微秒级别的定时控制，常用于周期性任务的调度。 2. **PWM信号生成**：定时器的比较输出功能可以用于生成PWM（脉宽调制）信号，广泛应用于电机控制、LED调光等领域。 3. **输入捕获**：用于测量外部信号的脉冲宽度或频率，常用于传感器信号的处理。 4. **输出比较**：在特定时间点触发事件或改变输出状态，适用于定时控制和事件触发机制[^4]。 ### 时钟系统的层级结构 在使用定时器时，理解整个时钟系统的层级结构至关重要。系统时钟由外部晶振或内部RC振荡器提供，经过PLL（锁相环）倍频后作为主时钟源。主时钟再通过总线（如AHB、APB）分配给各个外设，定时器通常挂载在APB总线上。因此，定时器的实际时钟频率可能受到总线分频的影响[^2]。 例如，若系统时钟为72MHz，而APB1总线的时钟为36MHz，则挂载在APB1上的定时器时钟频率也会相应调整。这种层级结构要求开发者在配置定时器时，必须清楚当前定时器的时钟源及其分频关系，以确保定时精度。 ### 示例：配置STM32定时器生成PWM信号 以下是一个基于STM32的定时器配置示例，用于生成PWM信号： ```c #include "stm32f10x.h" void PWM_Init(void) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStruct; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCStruct; // 使能定时器2和GPIOA时钟 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 配置PA0为复用推挽输出 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); // 定时器基本配置 TIM_TimeBaseStruct.TIM_Period = 999; // 自动重载值 TIM_TimeBaseStruct.TIM_Prescaler = 71; // 分频系数 TIM_TimeBaseStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStruct); // PWM输出配置 TIM_OCStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; TIM_OCStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; TIM_OCStruct.TIM_Pulse = 500; // 占空比 TIM_OCStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCStruct); TIM_OC1PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable); // 启动定时器 TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); } int main(void) { PWM_Init(); while (1); } ``` 该示例中，定时器2被配置为PWM输出模式，PA0引脚输出占空比为50%的PWM信号，频率由自动重载值和分频系数决定。具体频率为： $$ f_{PWM} = \frac{f_{TIM}}{(TIM\_Period + 1) \times (TIM\_Prescaler + 1)} $$ 其中，`f_TIM`为定时器的时钟频率。